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09.200509.2005 11
Expositionsminimierung im MobilfunkExpositionsminimierung im MobilfunkDr. H. EderDr. H. Eder
Landesamt fLandesamt füür Umweltr Umwelt
Technik MobilfunkTechnik MobilfunkBiologische Wirkungen Biologische Wirkungen MMööglichkeiten der Reduktionglichkeiten der Reduktion
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09.200509.2005 22
deren Felder wirken
die Basisstation das Handy
auf den ganzen Körper hauptsächlich auf den Kopf
Es gibt zwei grundsätzlich verschiedene Quellen von Mobilfunkfeldern:
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09.200509.2005 33
Egal, woher das HF-Feld kommt, im Gewebe passiert dasselbe
Zuerst: Kraftwirkungen
auf Ladungsträger oder Moleküle
mit Dipolstruktur, wie Wasser
Die Kraftwirkung bei HF-Feldern des Mobilfunks führt zu verstärkter Bewegung von Ionen und Wassermolekülen.
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09.200509.2005 44
• Beispiel: Bei 900 MHz Feldern, schwingt das Wassermolekül 900.000.000 mal in der Sekunde.
• Bei starken Feldern sind die Bewegungen groß, dasssich die Körpertemperatur messbar erhöhen kann.
•Neben thermischen gibt es auch nicht thermischeWirkungen. Dies sind biologische Reaktionen, die unabhängig von einer Erwärmung ausgelöst werden.
Stärkere Bewegung von Molekülen bedeutet Erwärmung des Gewebes
Durch Grenzwerte wird dafür gesorgt, dass Gesundheits-beeinträchtigungen durch Erwärmung vermieden werden.
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09.200509.2005 55
Mehrere Langzeituntersuchungen sehen bei den digitalen Telefonen keinen Zusammenhang zwischen den höheren Feldern der Handys und Krebs.
Versuche mit Zellen und Tieren bei höheren und sehr hohen Feldintensitäten
Trotz unterschiedlicher Ergebnisse einzelner Studien zeigt das Gesamtbild, dass Krebs in der Zelle nicht durch Mobilfunk ausgelöst werden kann.
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09.200509.2005 66
Studien Hirntumore 2000 - 2004
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09.200509.2005 77
- Hochfrequenzimpulse im GHz-Bereich werden von der Zelle nicht demoduliert, Nf-Anteil deshalb nicht relevant!
- Refraktärzeiten von erregbaren Zellen liegen bei einer Millisekunde
- Die maximale Erregungsfrequenz beträgt einige Hertz bis Kilohertz
Sind Hf-Impulse von der Zelle erkennbar?
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09.200509.2005 88
Gesundheitliche Auswirkung durch Strahlung von Handys ?
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Zusammenfassung
Neuere epidemiologische Studien ergaben, dass von Mobilfunk kein statistisch belegbares Krebsrisiko ausgeht (Langzeiteffekte> 8-10 Jahre fehlen).
Die Grenzwerte stellen nach heutigem Stand der Wissenschaft sicher, dass Mobilfunk keine gesundheitlichenBeeinträchtigungen hervorruft.
Biologische Effekte vorhanden, jedoch nicht geklärt
Weitere Forschung ist notwendig.
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09.200509.2005 99
Vergleich thermische Energie – Bindungsenergie - Quantenenergie
mittlere kinetische Energie pro Molekül bei 300 KelvinW = 3/2 kT = 6,2*10-21 J 3,8 *10-2 eV
Bindungsenergie Wasserstoffbrückenbindung 10-1 eV
∆E Rotationsenergie Moleküle 5*10-4 eV
Quantenenergie 1 GHz: E = h*ν = 6,6 * 10-34 Js* 109 s-1 4,1*10-6 eV
E h*ν / Etherm ≈ 0,0001
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09.200509.2005 1010
MOBILFUNKNETZEMOBILFUNKNETZE
Frequenz Leistung ÜbertragungsartEndgerät
(Mittelwert/Spitzenwert )
D1,2-Netz um 900 MHz 0,25 / 2 W FDD-TDMAE-Netz um 1.850 MHz 0,125 / 1 W FDD-TDMAUMTS 1.970–2.200 MHz 0,25 W FDD–CDMA
FDD: Frequency Division MultiplexTDMA: Time Division Multiple AccessCDMA: Code Division Multiple Access
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09.200509.2005 1111
Das TDMA- (Zeitschlitz-)Verfahrenbei GSM-Telefonen:
Jedes Handy komprimiert die Information und belegt nur einen von 8 Zeitschlitzenmit 0,577 ms Dauer
GSM 900:124 Kanäle je 8 Zeitschlitze
GSM 1800:374 Kanäle je 8 Zeitschlitze
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ABGELEITETE GRENZWERTE (MIT MESSGERÄTEN LEICHTER PRÜFBAR)
Elektrische Feldstärke E (Volt/Meter, V/m) Leistungsflussdichte S (Watt/Quadratmeter, W/m²)
Umrechnung (Fernfeld) S = E² / 377 W/m²
Beispiele: E = 1 V/m S = 0,0026 W/m²
E = 41 V/m S = 4,5 W/m²= 4.500.000 µW/m² (ungeeignete Einheit *)
Es sollten immer die gesetzlichen Einheiten V/m und W/m² benutzt werden (ICNIRP, 26. Verordnung über elektromagnetische Felder –26. BImSchV)!
* Man tankt auch nicht 20.000.000 µl Benzin sondern 20 l Benzin!
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09.200509.2005 1313
ABGELEITETE GRENZWERTE FÜR DIE ALLGEMEINBEVÖLKERUNG
BEISPIELE
Mobilfunk D- Netz (900 MHz) 41 V/m 4,5 W/m²
Mobilfunk E-Netz (1.800 MHz) 60 V/m 9 W/m²
Mobilfunk UMTS-Netz (2000 MHz) 61 V/m 10 W/m²
Mikrowelle, WLAN (2.450 MHz) 61 V/m 10 W/m²
Die Werte entsprechen internationalenEmpfehlungen sowie der Ratsempfehlung der EU von 1999
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09.200509.2005 1414
KÖRPERBEZOGENE GRENZWERTE (BASISGRENZWERTE)
Gesundheitliche Beeinträchtigungen können auftreten ab:Ganzkörpererwärmung von ∆T ≈ 1,0 C ≅ 4 W/kg
Vergleich: Grundumsatz des Menschen ≅ 1 W/kg
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Basisgrenzwerte beziehen sich auf die direkte Energieaufnahme:
• bei Bestrahlung des ganzen Körpers: 0,08 Watt/kg• für ein Teilkörpervolumen von 0,01 kg (z. B. Innenohr): 2 Watt /kg
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09.200509.2005 1515
Basisgrenzwerte: Definition des SARBasisgrenzwerte: Definition des SAR--WertesWertes
SAR [W/kg] =im Gewebe absorbierte Leistung [W]
Masse des Gewebes [kg]
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10 g-Würfel
SAR max.
Grenzwert Handy 2 Watt/kg
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09.200509.2005 1616
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09.200509.2005 1717
Energieabsorption im Kopf: Vergleich Energieabsorption im Kopf: Vergleich Basisstation Basisstation –– Handy Handy
Absorbierte Gesamtenergie (J/kg) = SAR (W/kg) * Einwirkzeit (s)
20 Watt Basisstation, Entfernung 100 m, Dauerstrahlung 24 h/Tag10-5 W/kg * 24* 3600s = 0,86 J/kg
2 Watt Handy am Ohr, Einwirkzeit 45 Min/Tag0,3 W/kg *0,75 *3600s = 0,81*10³ J/kg
Faktor Handy / Basisstation ≈ 1000
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09.200509.2005 1919
Physikalische Daten des Auges:
∆t = 200 s Zeitkonstante für die Temperaturerhöhungc = 4 J/g K spez. Wärmekapazität (Näherung: wie H2O)m = 0,010 kg MasseSAR = 2 Watt/ kg Grenzwert für Teilköroperexposition
∆ Q = 2 W/kg * 200 s * 0,01 kg = 4 Ws (J)
∆ Q = m c ∆ T ∆ T = ∆ Q / m c = 4 /10*4 = 0,10 K
Der Teilkörpergrenzwert (2 Watt/kg) beinhaltet daher einen hohen Sicherheitsfaktor.
Berechnungsbeispiel: Erwärmung des Auges
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09.200509.2005 2020
2 Watt/kg kont.
16 Watt/kg gepulst
16 Watt /kg gepulst
2 Watt/kg kont.
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09.200509.2005 2121
SAR-VERTEILUNG BEI VERWENDUNG EINES HANDYS
auf der Oberfläche eines Modells des menschlichen Kopfes
innerhalb eines SAM-Phantoms(specific antropomorphic mannequin)
Handys müssen eine SAR von 2 W/kg einhalten, die Temperaturerhöhung im Gewebe liegt dann unter 0,2 Grad !
Bildquelle: IMST, Dr. Achim Bahr (2001)
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09.200509.2005 2222
Berechnungsbeispiel Eindringtiefe
Beispiel : Eindringtiefe in Hirngewebe (Abfall SAR auf 1/e = 37%)
Netz Frequenz λo ε´ ε´´ Eindringtiefe
D-Netz 900 MHz 33 cm 46 15 2,3 cm
E-NetzDECT 1800 MHz 17 cm 41 21 0,82 cm
UMTS 2000 MHz 15 cm 39 23 0,65 cm
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09.200509.2005 2323
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09.200509.2005 2424
SAR-Messung nach DIN EN 50361
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09.200509.2005 2525
Typ. SARTyp. SAR--WerteWerte
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09.200509.2005 2626
Verbindungsaufbau am Fenster 3.Stock - Bewegung vom Fenster weg
D1 Netz
Zeitverlauf der SAR beim Telefonieren
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09.200509.2005 2727
dynamische Leistungsregelung
Dynamik Basisstation 20 dB
Dynamik GSM-Handy 30 dB UMTS-Handy 80 dB
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09.200509.2005 2828
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 100 200 300 400
E-Feldstärke (mV/m
SAR
(W/k
g)
Dynamische Leistungsregelung Handy
40 mV/m
schlechtes Netz gutes Netz
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09.200509.2005 2929
Maximale Zellengröße für SAR-Reduzierung
1E-13
1E-12
1E-11
1E-10
1E-09
1E-08
1E-07
1E-06
1E-05
0,0001
0,001
0,01
0,1
11 10 100 1000 10000
Entfernung (m)
S (W
/m²)
n=2,0
n=3,0
n=4,0
Smin
Zellengröße: 120 m 460 m 7100m
Maximale Zellengröße für niedrige SAR beim Telefonieren
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09.200509.2005 3030
SAR-Verlauf bei einer Stadtfahrt in München (PKW) T-D1-Netz
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
50:24,0 57:36,0 04:48,0 12:00,0 19:12,0Zeit [min:sec]
SAR
[W/K
g]
Mittelwert 0,243 W/kg
SAR bei einer Stadtfahrt durch München (Dauertelefonat)
Mittelwert: 0,24 W/kg
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09.200509.2005 3131
Der Strahlungsfaktor von HandysDer Strahlungsfaktor von Handys
SAR Peff
S = SAR / Peff
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Der Strahlungsfaktor ist das Verhältnis aus der im Kopf absorbierten Leistung (SAR) und der frei in Luft abgestrahlten Leistung Peff
Ein möglichst kleiner Strahlungsfaktor ist günstig, siehe www.HandyWerte.de
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09.200509.2005 3232
Parametrisches Handmodell Parametrisches Handmodell mit 1800 MHz Mobiltelefonmit 1800 MHz Mobiltelefon
Abstrahlung der1800 MHz PIFAAntenne ohne Hand
mit Hand, freistehend
mit Hand, verdeckt
Quelle: FEKO
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09.200509.2005 3333
Antenne
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09.200509.2005 3434
MÖGLICHKEITEN DER SAR–REDUKTION
Auswahl Neugerät (z. B. SAR-Wert, Strahlungsfaktor) Reduktion um bis zu ca. 50%
Verwendung Headset weitere Reduktion um bis zu ca. 90%
Günstiger Standort, Netzqualität weitere Reduktion um bis zu ca. 95%___________________________________________________________
insgesamt statt z.B. 1W/kg nur noch ca. 0,0025 W/kg(0,5 x 0,1 x 0,05)
FAZIT: Augen auf beim Kauf und bei Nutzung von Handys.Angabe des SAR-Wertes/Strahlungsfaktors z. B. unterwww.handywerte.de
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09.200509.2005 3535
Reduzierung der Nebenkeulen nach unten !
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09.200509.2005 3636
Adaptive Adaptive AntenneAntenne -- die Alternative?die Alternative?
1.3
m
299 mmXPol F-Panel BM 1850-1990 28°/33° 21/19dBi 2°T
• 33°/ 28°/ 28°/ 33° Horizontal Half power Beam width• 19 / 21 / 21 / 19 dBi Gain• 2° Fixed Electrical Tilt• > 25 dB Front-to-back-ratio• > 20 dB isolation between Xpol-Input-Ports
Horizontal Pattern
Vertical Pattern0°-6° electrical downtilt
26.03.200726.03.2007©© LfU / Abt.2 / Dr. Heinrich Eder / LfU / Abt.2 / Dr. Heinrich Eder /
09.200509.2005 3737
0
3
30°
210°
60°
240°
90°270°
120°
300°
150°
330°
180°
0°
20
10
6
Switched Fixed Beam Antenna Switched Fixed Beam Antenna --PatternPattern
Beam Switching Using Butler-Matrix
Butler-Matrix
Base Station
+ 45
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09.200509.2005 3838
0
3
30°
210°
60°
240°
90°270°
120°
300°
150°
330°
180°
0°
20
10
6
Switched Fixed Beam Antenna Switched Fixed Beam Antenna --PatternPattern
Butler-Matrix
Base Station
+ 45
Beam Switching Using Butler-Matrix
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09.200509.2005 3939
Switched Fixed Beam Antenna Switched Fixed Beam Antenna --PatternPattern
Beam Switching Using Butler-Matrix
0
3
30°
210°
60°
240°
90°270°
120°
300°
150°
330°
180°
0°
20
10
6
Butler-Matrix
Base Station
+ 45
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09.200509.2005 4040
DATENFUNKNETZEDATENFUNKNETZE
Frequ.hopping1600/s
2402-2480 MHz
0,366 ms100 / 2,5 / 1 mWBluetooth
OFDM/TDMA2500 MHz3500 MHZ5800 MHz
3,1 Watt (Europa)
WIMAXIEEE 802.16
OFDM5150-5350MHz
<0,5 msbeacon
30 mW(200 mW geregelt)
WLANIEEE 802.11a
DQPSK16QAM
2400 – 2483 MHz
<0,5 ms beacon
100 mWWLAN IEEE 802.11b
885-887 MHz
930-932 MHz
10 mWCT1+(analog)bis Ende 2008
zugelassen
GFSK/TDMA
1880- 1900 MHz
0,083 msbeacon0,368 ms Gespräch
250mW/10mWDECT
ModulationsartÜbertragungsart
FrequenzImpulslängems
Spitzenleistung/Mittl. Leistung
Standard
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09.200509.2005 4141
WLAN: Duty-Cycle 0%
26.03.200726.03.2007©© LfU / Abt.2 / Dr. Heinrich Eder / LfU / Abt.2 / Dr. Heinrich Eder /
09.200509.2005 4242
WLAN: Duty-Cycle 50%
26.03.200726.03.2007©© LfU / Abt.2 / Dr. Heinrich Eder / LfU / Abt.2 / Dr. Heinrich Eder /
09.200509.2005 4343
WLAN 3 Sendestufen
26.03.200726.03.2007©© LfU / Abt.2 / Dr. Heinrich Eder / LfU / Abt.2 / Dr. Heinrich Eder /
09.200509.2005 4444
Büro mit WLAN + DECT
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09.200509.2005 4545
D-Netz
D-Netz
E-Netz
WLAN
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09.200509.2005 4646
0,001%4,3 W/m²0,05 mW/m²Funkkopfhörer 864 MHz / 1 m
0,01%2 W/m²0,2 mW/m²Funktastatur27 MHz / 50 cm
0,13%2 W/m²2,6 mW/m²Babyphone446 MHz / 1 m
0,04 %9,5 W/m²4 mW/m²100 mW/m²DECT 1900 MHz / 1 m
0,003%9,5 W/m²0,3 mW/m²7 mW/m²DECT 1900 MHz / 3 m
5%2 W/kg0,1 W/kgNotebook,Oberschenkel2450 MHz
0,01%9 W/m²1 mW/m²10 mW/m²WLAN-Karte2450MHz / 0,5 m
0,02%4,5 W/m²1 mW/m²(Wohnumfeld)
60 mW/m²(ungünstiger
Standort)
GSM-Basisstation900 MHz
30%2 Watt /kg0,6 Watt/kg16 Watt/kgGSM-Handy
AusnutzungReferenzwertbezogen aufMittelwert
GrenzwertMittelwertSpitzenwertSystem
Ausnutzung der Grenzwerte